基于PXI总线的综合应力状态监测系统设计

在某电子系统的工作任务剖面中，温度、振动和电应力是影响系统和组件的任务可靠性的主要因素。构建一个电应力、温度应力、振动应力等综合应力环境下的电子产品测控系统，实现动态控制、监测电子产品工作电压、电流、多路模拟信号及数字信号，多路信号实时显示、控制，数据高速采集、存储。采用传统的测控系统设计周期长、设备体积庞大，屏蔽环境噪声困难，人员操作复杂、维修频繁，多采用模拟电路实现，而且不利于系统的升级。

为了集成处理复杂环境和苛刻测试条件下的多功能信号实时动态监测，提高工作效率，开发一套全新的基于NI虚拟仪器技术的监测系统十分必要。

工程实践中迫切要求采用更为先进的状态测控技术，解决多种应力状态下的实时监测。本方案选择基于PXI总线技术的测控硬件。

8槽机箱PXI-1042，控制器选用带串口的PXI-8186来控制管理其它PXI测量模块。PXI-4060 5位半数字万用表结合PXI-2530 多路复用/矩阵开关及TB2630转接盒实现对待测设备的多项绝缘检查;PXI-6527 48位数字I/O模块控制带TTL功能稳压源模块给待测设备供电，在待测产品施加电应力时通过PXI-6527模块控制PXI-4060 5位半数字万用表切换至电压电流功能，实现3路电压、3路电流状态监测。PXI-8421有4路RS485通讯口，2路用于待测设备的通讯、控制，剩余2路用于温控箱和振动台的参数传递。PXI-6040E E系列多功能数据采集模块采用单端输入方式实现对多路信号的采集，并通过IO模块控制，有选择的在程序界面显示。

为保证状态监测系统在多种应力的使用环境下长时间稳定、可靠的运行，程序的开发采用LabVIEW编程，图形化的编程方式容易很快掌握，同时与NI虚拟仪器的软硬结合不用再开发底层控制程序，大大减少系统开发周期。

1.绝缘检查

PXI-4060跟普通的手持万用表功能一样有测试电压、电流、绝缘的功能，首先要初始化PXI-4060对应的vi，选择相应的测试功能。同时，PXI-2530也要选择128×1线制，将开关周期调为为0.5s，过快的速度容易造成绝缘检测不通过，过低的开关速度极大的影响软件的运行效率且没有实际意义。

2.电压/电流监控设计

在设计完成系统绝缘检查后，PXI-4060和PXI-2530还有一项任务，就是在电应力下监测待测设备的工作电压及电流，发现异常及时切断工作电源，并保存当时的工作电压、电流及操作时间等相关信息，这就存在一个问题：DMM的负极共用，在采集电压/电流数值就会出现失真。解决DMM在测量绝缘时与测量电压时的共地问题，这就不得不用数字I/O模块PXI-6527，利用PXI-6527的I/O通道控制功能即可解决。

默认情况下，DMM的负极接PXI-6527的PIN1和PIN18。PIN1接地线。程序在运行绝缘检查时，地线开关接通PIX-6527的PIN1，而I/O控制PIN18处于关闭状态，则数字万用表DMM的负极与电源模块处于开路。绝缘检查完毕后，软件使地线开关PIN1关闭，则DMM负极只与PXI-6527的PIN18连接，即与电源的负极相连，而断开了数字万用表DMM与地线的连接。在程序中只需要使T/F值为T，则地线开关处于关状态，数字万用表DMM采集到的信号也只可能是待测设备的供电电压和电流。

3.串口程序

在LabVIEW环境中使用串口与在其它开发环境中开发过程类似， PXI-8421有4路RS485通讯口，其中2路采用全双工工作方式与待测设备建立握手协议，控制整个待测设备的工作状态。剩余2路采用半双工工作方式与振动台和温控箱建立通讯连接，设置运行参数和接收振动传感器、温度传感器的实时监测数据。

4.数据采集

在设计采集程序的时候，由于是无限循环采集，要注意每个循环加时间延迟节省出CPU时间供其它程序运行，同时还应该注意采样频率的选取。过低的采样频率容易出现采样失真，达不到采样效果;过高的采样频率，在多线程多通道采集程序中，因程序还没来得及结束其它线程程序的执行，这个程序的数据已经发生了很大的变化，严重迟滞程序运行，也会发生漏采现象。

32路模拟信号的采集是通过2块PXI-4060E板卡完成，采集按软件运行的流程顺序、分批次采集。采集到的信号一次显示9个不同的波形，加上其它选择信息，总共显示12路通道。面板示波器的下方显示的刻度是波速显示脉宽，可以通过鼠标拖动改变。采集到的每路信号最高幅值在频率右边方框显示，超过设定的幅值则会以红色背景闪烁显示，但程序不会中止运行，数据自动保存供参考。

5.保存、打印功能及数据回放

在软件的每个子VI中都可能产生了保存数据，分门别类打印是必不可少的。一个好的测试系统，打印出的数据应该是让人一目了然。在设计打印程序时，一般把打印界面隐藏，作为后台处理。LabView为设计人员准备了Print.vi控件，只要排好打印版面输出到这个控件，程序就会自动运行系统默认打印机。

数据回放主要是针对保存的波形数据设计，在发现待测设备数据异常的情况下，如果想观测异常点的波形状态，可以通过找到保存的波形文件，打开设置好波形起始时间和结束时间，虚拟再现待测设备在综合应力条件下的实际工作状态。

通过开发基于PXI总线的综合应力状态监测系统，节约了很大的测试设备占用空间，降低了对技术人员技能和经验的依赖程度，为现场快速解决故障提供了有力保障，为虚拟仪器技术在工业领域的应用开拓了更加广阔的领域。

参考文献

[1]何国伟，戴慈庄.可靠性试验技术[M].国防工业出版社，1995.12.

[2]GJB899-90可靠性鉴定和验收试验，1990.

[3]胡昌寿.可靠性工程一设计、试验、分析、管理（下册）[M].宇航出版社，1988.

[4]杨乐平等编著.虚拟仪器技术概论[M].电子工业出版社，2003.